单巷掘进长距离通风应用研究

杨 帆 何明杰 呼俊凤

(1.中天合创能源有限责任公司煤炭分公司葫芦素煤矿，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000；2.中天合创能源有限责任公司化工分公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000)

★ 煤矿安全 ★

单巷掘进长距离通风应用研究

杨 帆1何明杰1呼俊凤2

(1.中天合创能源有限责任公司煤炭分公司葫芦素煤矿，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000；2.中天合创能源有限责任公司化工分公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000)

针对葫芦素煤矿21204首采工作面现场实际情况，分析了当前巷道布置方式的利弊，通过单巷掘进长距离通风的关键技术指标分析，成功设计并实现了单巷掘进4750 m压入式通风，解决了长距离通风风阻大、风筒易脱节、地温高等问题，为单巷掘进长距离通风推广应用积累了宝贵经验。

单巷掘进 长距离通风 风机选型

1 施工背景

葫芦素煤矿设计生产能力13.0 Mt/a，矿井绝对涌出量为1.07 m3/min，现开采2-1煤层，煤层平均厚度为2.71 m。21204工作面为2-1煤层西翼二盘区首采工作面，采用双巷布置，巷道设计长度为5851.7 m。通风方式采用双巷掘进压入式通风，局部通风机型号为FBDNo.7.1/2×37 kW，风筒直径800 mm。但在实际施工过程中出现以下问题： 21204副回风巷是西翼二盘区首采工作面回采巷道，同时也是21203工作面辅运巷，兼做21204工作面副回风巷，考虑掘进期间通风距离、运输系统等制约，21204副回风巷与21204回风巷设计为双巷掘进。21204副回风巷对于21204工作面综采安装、回采、回撤设备等并无重要用途，且21203工作面受地质因素制约暂不开采，提前施工闲置时间长，管理费用高，安全隐患大；工作面回采期间，21204副回风巷受二次采动影响，巷道变形大、维护费用高；21204工作面回风巷施工至1360 m处揭露F12正断层，F12断层倾向为358°，∠62°，落差为22 m。综合考虑首采工作面的布置、经济效益及地质情况等多方面因素，副回风巷施工至1300 m停止掘进，21204回风巷剩余4551.7 m变为单巷掘进，21204回风巷掘进通风系统布置如图1所示。

图1 21204回风巷掘进通风系统图

长距离单巷快速掘进是高产高效矿井的一个创新发展方向，但施工期间巷道内有害气体的稀释、通风散热、粉尘的扩散均离不开充足的风量，如何有效避免长距离通风中风阻大、漏风严重、风量不足、有害气体超标、温度超限等问题成为现场应用过程中面临的主要问题。

目前，国内在长距离通风应用领域已有初步探索，如同煤集团同忻煤矿尝试了接力通风方式，大柳塔煤矿探索的压入抽出混合通风方式，隧道施工中研究过一站式通风方式。对比通风系统的结构及经济效益，葫芦素煤矿最终决定采用一站式通风方式，即选用单风机大风筒压入式通风。

2 21204回风巷通风系统选型

2.1 风量计算

根据CH4、CO2绝对涌出量、掘进工作面同时工作的最多人数、同时运行胶轮车功率等参数分别对21204主回风巷进行需风量计算，结果见表1，可得掘进工作面最大需风量为520 m3/min。

表1 21204主回风巷风量计算

2.2 风机、风筒选型

2.2.1 局部通风机吸风量计算

式中：P100——风筒百米漏风率，%；

L——风筒长度，m；

k——漏风备用系数；

Qf——通风机吸风量，m3/min；

Qa——工作面需风量，m3/min。

考虑到单巷掘进距离、风机布置位置及切眼施工等因素，通风距离约为5000 m，故供风距离取5000 m，依据风筒漏风率标准，本次风筒采用双反压边接口，漏风率小，故取经验值0.6%。由表1可得工作面需风量Qa为520 m3/min，将相关参数代入式(1)、(2)，得k=1.43，Qf=743.6 m3/min。

2.2.2 风阻计算

通风阻力包含摩擦阻力和局部阻力两个方面，主要由风筒的直径、接头方式、通风距离、风筒接口个数、拐弯个数、风筒的材质等决定。依据下式计算总风阻R、局部通风机工作风压ht：

式中：R——风筒阻力，N·s2·m-8；

α——摩擦阻力系数，N·s2·m-4；

ζj——接口阻力系数，取经验值0.1；

n——风筒节数；

ζr——拐弯局部阻力系数，按90°拐弯计算，每一个拐弯取经验值1.25；

ρ——密度，取1.2 kg/m3；

S——风筒断面积，m2；

ht——局部通风机风压，Pa。

各参数及计算结果详见表2。

表2 风筒选型计算

2.2.3 局部通风机选型

由表2可知，风筒直径越大，接头越少，通风阻力越小，越经济合理，故选取直径1200 mm、长度20 m/节的风筒，总风阻为53.72(N·s2)/m8，局部通风机工作风压为5770 Pa。针对5000 m长距离掘进通风问题，为满足掘进工作面排尘和降温的迫切需求，借鉴相关煤矿已取得的经验，选用FBDNo.8.0/2×75 kW局部通风机，可以满足文中对功率、吸风量、风压等参数的要求。其主要技术参数：功率为2×75 kW；额定转速为2950 r/min；风压为1280～8000 Pa；吸风量为600～1000 m3/min；最高全压效率≥80%；比A 声级Lsa≤25 dB。

2.2.4 通风机、风筒布置方式

受巷道尺寸、风筒直径及辅助运输制约，为保护风筒免遭胶轮车刮蹭，通风机布置在21204副回风巷6联巷口前15 m，风筒在6联巷跨巷后延伸至工作面，见图1。

3 实践应用

目前，矿井掘进通风广泛采用柔性风筒正压通风，极限通风距离一般在2000 m，面对现有通风技术的瓶颈，葫芦素煤矿着重从增大风压、降低风阻及加强日常通风管理3个方面着力，探索单巷快速掘进长距离供风现场推广应用。

(1)选用75 kW大功率通风机压入式通风，大幅提高了工作面风压，从源头上增大了风量，避免了混合式通风与接力通风存在的不足，通风系统更简单、更经济。

(2)掘进通风的风阻主要受空气与风筒的摩擦阻力及三叉、拐弯、变径、接口处的局部风阻影响。现场实践中主要从以下两方面着手减少风阻：降低摩擦阻力，摩擦阻力与风筒直径的5次方成反比，将原有的800 mm风筒换为1200 mm的大直径风筒，摩擦阻力降低了86.8%；加强三叉、拐弯、变径处的通风管理，三叉、拐弯处均采用定做刚性风筒替代柔性风筒，过渡圆滑、平顺，减少风筒变径的次数；风筒接口处吊挂平直，风筒采用ø6 mm钢丝绳拉线吊挂，杜绝打死弯，从而降低局部风阻。

(3)风筒漏风是供风量损耗的主要原因，因此防漏风是日常通风管理的重中之重。首先，漏风多发生在风筒的接口处，施工中采用双反压边方式对接风筒并安装风筒接口器，将每一个接口处漏风量降到最小；其次，减少风筒接口数量，将风筒长度增加到20 m/节。加强风筒破损口的修补、维护，注重风筒的防护。

(4)采用大功率局部通风机配合变频技术，成功解决长距离供风中风筒易脱节、损坏、漏风等问题，大幅减缓局部通风机启动、切换带来的冲击，保证稳定、可靠的通风安全。

根据葫芦素煤矿21204主回风巷单巷长距离通风方式与21103主运巷双巷掘进压入式通风方式现场实测数据，对比单巷长距离通风与双巷掘进压入式通风方式的通风效果，在达到最大通风距离时，各参数见表3。由表3可以看出，单巷长距离压入式通风工作面风量为645 m3/min，温度24.5℃，通风效果更优。

表3 单巷长距离通风与双巷掘进通风困难时期效果对比

4 结论

(1)实践证明，单通风机大风筒长距离压入式通风系统结构简单、管理方便、经济可行，无需随工作面推进频繁调整通风系统，能够解决单巷快速掘进的通风问题。

(2)刷新了柔性风筒通风距离记录，单巷掘进距离大幅提升，达到了4750 m。 为煤矿优化巷道布置、科学组织施工提供了广阔空间。

(3)在长距离供风的技术保障下，保证了首采工作面按时投产，累计优化巷道4951.7 m，节约投资资金约3000万元。

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Studyonlongdistancesingletunnelingventilationapplication

Yang Fan1, He Mingjie1, Hu Junfeng2

(1. Hulusu Mine, Mining Branch of Zhongtianhechuan Energy Co., Ltd., Ordos, Inner Mongolia 017000, China; 2. Chemistry Branch of Zhongtianhechuan Energy Co., Ltd., Ordos, Inner Mongolia 017000, China)

Aiming at the actual situation of 21204 work face of Hulusu Mine, analyzed the advantages and disadvantages of the current roadway layout, through the analysis of key technical indexes of single tunneling long distance ventilation, successfully designed and implemented 4750 meter forced ventilation of single tunneling, solving problems such as high wind resistance when ventilating for long distance, easy disconnection, high ground temperature, provided valuable experience for single tunneling long distance ventilation application.

single tunneling, long distance ventilation, fan selection

杨帆，何明杰，呼俊凤.单巷掘进长距离通风应用研究[J].中国煤炭，2017,43(10)：128-131.

Yang Fan, He Mingjie, Hu Junfeng. Study on long distance single tunneling ventilation application [J]. China Coal, 2017，43(10):128-131.

TD724

A

杨帆 (1986-)，男，内蒙古鄂尔多斯市人，硕士研究生，中级工程师，从事采矿工程方面技术管理工作。

(责任编辑 张艳华)